(57)【要約】【課題】  接続端子数の多い機能素子実装において、小型化を可能としつつ低コスト化できる電気構造物および製造方法などを提案する。【解決手段】  機能素子１上に形成された電極２と、その機能素子１を駆動するための電子部品３等が実装された構造体４の電極配線パターン５が連続した状態で同一面上に形成されており、接続されている。この機能素子１の電極２と構造体４の表層の電極配線パターン５とが連続した同一面上に形成されていることから、導電性ペースト６による結線に際しても、にじみ等が発生せず接続されている。この構造体４の少なくとも一部の表層は樹脂で構成されており、この樹脂上に電極配線パターン５が形成され、またこの樹脂は機能素子１とも接着されている。また、この構造体４が無機材料をコアとして構成され、その表層部の少なくとも一部が樹脂で構成され、電極配線パターン５が形成されているとともに、機能素子１と接着されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能素子に係る面と、前記機能素子を保持する構造体に係る面が同一面を形成し、
前記機能素子に係る面上の電極と、前記構造体に係る面上の電極配線パターンの一部または全部が前記同一面上に連続して形成されることを特徴とする電気構造物。
【請求項２】
機能素子に係る面と、前記機能素子を保持する構造体に係る面が同一面を形成し、
前記機能素子に係る面上の電極と、前記構造体に係る面上の電極配線パターンの一部または全部が前記同一面上に連続して形成され、導電性ペーストにより結線されていることを特徴とする電気構造物。
【請求項３】
前記導電性ペーストが金属ナノ粒子を含有していることを特徴とする請求項２に記載の電気構造物。
【請求項４】
前記構造体は樹脂により構成されており、
前記樹脂上に前記電極配線パターンが形成されているとともに、前記樹脂により前記機能素子が接着されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の電気構造物。
【請求項５】
前記構造体の前記樹脂が耐熱性を有する熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項４に記載の電気構造物。
【請求項６】
前記構造体の前記樹脂が熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項４に記載の電気構造物。
【請求項７】
前記構造体が無機材料をコアとして、当該無機材料の表層部の少なくとも一部は樹脂により構成されており、
前記樹脂上に前記電極配線パターンが形成されているとともに、前記樹脂により前記機能素子と少なくとも一部が接着されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の電気構造物。
【請求項８】
コアとなる前記無機材料が金属であることを特徴とする請求項７に記載の電気構造物。
【請求項９】
コアとなる前記無機材料が磁性金属であることを特徴とする請求項７に記載の電気構造物。
【請求項１０】
前記構造体の表層に形成されている前記電極配線パターンが前記樹脂中に埋め込まれていることを特徴とする請求項４から９の何れかに記載の電気構造物。
【請求項１１】
前記構造体の表層に多面に前記電極配線パターンが形成されていることを特徴とする請求項１から１０の何れかに記載の電気構造物。
【請求項１２】
前記機能素子が圧電素子であることを特徴とする請求項１から１１の何れかに記載の電気構造物。
【請求項１３】
請求項１から１２の何れかの電気構造物を搭載したことを特徴とするインクジェット塗出装置。
【請求項１４】
成形型に電極配線パターンを設け、
樹脂成形により、機能素子を保持する構造体に係る面上に前記電極配線パターンを転写し、
前記機能素子に係る面上に設けられた電極と前記電極配線パターンが同一面上に連続して形成された電気構造物の製造方法。
【請求項１５】
成形型に触媒配線パターンを設け、
樹脂成形により、機能素子を保持する構造体に係る面上に前記触媒配線パターンを転写し、
前記機能素子に係る面上に設けられた電極と前記触媒配線パターンが同一面上に連続して形成し、
前記触媒配線パターンをめっきして、電極配線パターンとして形成された電気構造物の製造方法。
【請求項１６】
前記電極と前記電極配線パターンを導電性ペーストにより結線したことを特徴とする請求項１４または１５に記載の電気構造物の製造方法。
【請求項１７】
スクリーン印刷により前記導電性ペーストの結線を行ったことを特徴とする請求項１６に記載の電気構造物の製造方法。
【請求項１８】
インクジェット法により前記導電性ペーストの結線を行ったことを特徴とする請求項１６に記載の電気構造物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は導体配線を有する構造体と機能素子とを接続した電気構造物などに係り、特に小型化が要求されるとともに接続端子数が多い電気構造物などに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネル、圧電アクチュエータ（圧電素子）あるいは静電アクチュエータ等を用いたインクジェットヘッド等の機能素子実装においては、駆動ＩＣが実装されたフレキシブル基板（以下、「ＦＰＣ」という。）を熱圧着接続する構造が多く用いられている。これは、ＦＰＣの屈曲性を生かすことで、実装部を小型化するためである。
【０００３】
この機能素子に対するＦＰＣの接続方式としては、一般的に電極端子同士を相互に位置合せを行い、はんだあるいは異方性導電膜による熱圧着接続されている。ここで、この接続端子数が多くなってくると、ＦＰＣ側電極端子の寸法変化が大きくなり、累積ピッチ誤差から機能素子の電極端子との位置合わせズレが発生してしまう。
【０００４】
これに対して、特許文献１〜３ではこの熱圧着時の位置合わせズレを抑制するため、圧着前にＦＰＣ等を加熱するなどの温度制御を行い、位置合せを行う手段が提案されている。また、特許文献４では熱圧着時の荷重変化量調整等の伸び量制御手段を装置に設け、熱圧着時の位置合わせズレを抑制する手段が提案されている。
【０００５】
しかし、実際には機能素子とＦＰＣとの位置合わせズレは、熱圧着時の熱膨張差に起因する膨張収縮によるだけではなく、ＦＰＣの製造工程履歴による膨張収縮および圧着前のＦＰＣ保管時の吸湿膨張等により、温湿度変化に対する寸法変化の挙動はロット間およびロット内においてもばらつきを持っていることがわかっている。また、ＦＰＣ上に駆動ＩＣ等をベアチップ実装すると、その実装部の熱歪が機能素子接続端子部まで“うねり”として影響してしまい見掛け上の位置合わせズレを招いてしまうこともあった。
【０００６】
このため、このＦＰＣ保管環境も含めた温湿度変化に対する膨張収縮挙動の異なるそれぞれのＦＰＣにおいて、接続端子数が多い機能素子を実装する場合、個別に膨張収縮をモニタリングしながら制御して熱圧着することが考えられる。しかし、熱圧着時間が大幅に長くなってしまうため、実質的には実施することは困難である。つまり、現状では、接続端子数の多い機能素子実装において、小型化する有効な実装手段がなかった。
【特許文献１】国際公開第００／５９０７４号パンフレット
【特許文献２】特開２００２−３２９９５８号公報
【特許文献３】特開２００３−２４３４５２号公報
【特許文献４】特開２００２−０５５３５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記事情を鑑みて、本発明では、接続端子数の多い機能素子実装において、小型化を可能としつつ低コスト化できる電気構造物および製造方法などを提案することを目的とする。特に、機能素子を保持する構造体の表面に電極配線を形成することで、接続部の電極端子の膨張収縮による寸法変化を抑制するとともに、機能素子とを簡単な方法で接続可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の態様は、機能素子に係る面と、前記機能素子を保持する構造体に係る面が同一面を形成し、前記機能素子に係る面上の電極と、前記構造体に係る面上の電極配線パターンの一部または全部が前記同一面上に連続して形成されることを特徴とする電気構造物に関するものである。導電性ペーストにより結線されていても良い。ここで、前記導電性ペーストが金属ナノ粒子を含有していると良い。
【０００９】
前記構造体は樹脂により構成されており、前記樹脂上に前記電極配線パターンが形成されているとともに、前記樹脂により前記機能素子が接着されていることを特徴とする。ここで、前記構造体の前記樹脂が耐熱性を有する熱可塑性樹脂であるか、熱硬化性樹脂であると良い。
【００１０】
また、前記構造体が無機材料をコアとして、当該無機材料の表層部の少なくとも一部は樹脂により構成されており、前記樹脂上に前記電極配線パターンが形成されているとともに、前記樹脂により前記機能素子と少なくとも一部が接着されていることを特徴とする。ここで、コアとなる前記無機材料が金属であるか、磁性金属であると良い。
【００１１】
また、前記構造体の表層に形成されている前記電極配線パターンが前記樹脂中に埋め込まれていることを特徴とする。
【００１２】
また、前記構造体の表層に多面に前記電極配線パターンが形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、前記機能素子が圧電素子であることを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決するための本発明の他の態様は、上記電気構造物を搭載したことを特徴とするインクジェット塗出装置に関するものである。
【００１５】
上記課題を解決するための本発明の他の態様は、成形型に電極配線パターンを設け、樹脂成形により、機能素子を保持する構造体に係る面上に前記電極配線パターンを転写し、前記機能素子に係る面上に設けられた電極と前記電極配線パターンが同一面上に連続して形成された電気構造物の製造方法に関するものである。
【００１６】
また、上記課題を解決するための本発明の他の態様は、成形型に触媒配線パターンを設け、樹脂成形により、機能素子を保持する構造体に係る面上に前記触媒配線パターンを転写し、前記機能素子に係る面上に設けられた電極と前記触媒配線パターンが同一面上に連続して形成し、前記触媒配線パターンをめっきして、電極配線パターンとして形成された電気構造物の製造方法に関するものである。
【００１７】
これらの電気構造物の製造方法において、前記電極と前記電極配線パターンを導電性ペーストにより結線すると良い。ここで、スクリーン印刷またはインクジェット法により前記導電性ペーストの結線を行うと良い。
【発明の効果】
【００１８】
構造体の表層に電極配線パターンが形成することにより、温湿度変化に対する電極端子部の膨張収縮を抑制できるとともに、電極間が連続した同一面上に形成されていることから、小型化を可能としつつ低コスト化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の電気構造物などを実施するための最良の形態を説明する。説明する際には、本明細書と同時に提出する図面を適宜参照することにする。
【００２０】
図１に本形態の電気構造物の代表的な構造（ａ）、（ｂ）を示す。（ｂ）は（ａ）の側面図である。機能素子１上に形成された電極２と、その機能素子１を駆動するための電子部品３等が実装された構造体４の電極配線パターン５が連続した状態で同一面上に形成されており、接続されている。そのため、温湿度変化に対する電極端子部の膨張収縮を抑制できる。
【００２１】
この機能素子１の電極２と構造体４の表層の電極配線パターン５とが連続した同一面上に形成されていることから、導電性ペースト６による結線に際しても、にじみ、ダレ等が発生せず接続される。このことは接続プロセスを単純化でき生産性を向上に寄与する。
【００２２】
この構造体４の少なくとも一部の表層は樹脂で構成されており、この樹脂上に電極配線パターン５が形成され、またこの樹脂は機能素子１とも接着されている。また、この構造体４が無機材料をコアとして構成され、その表層部の少なくとも一部が樹脂で構成され、電極配線パターン５が形成されているとともに、機能素子１と接着されている。
【００２３】
図２の本形態の電気構造物の他の態様の代表的な構造と、その製造過程を（ａ）〜（ｃ）に亘って示す。
【００２４】
（ａ）：まず、成形型７上にフッ素コート剤を形成する。つまり、フロロサーフＦＧ−５０１０Ｓをコーティングし、100℃30分加熱後、エキシマレーザ加工による除去加工で親疎水パターン８を形成した。この親疎水パターン８が形成された成形型７上に無電解めっき用触媒、ここでは水系溶媒の銀ナノペースト（日本ペイント製）を親疎水パターン８に沿って供給し、溶媒を揮発させることで触媒配線パターン９を形成した。
【００２５】
（ｂ）：この成形型７の触媒配線パターン９に対して、機能素子１はその位置を決めて固定し、熱可塑性樹脂による成形を行った。ここで、この機能素子１としては圧電素子（以下、便宜上、圧電素子１と呼ぶ場合もある。）を用いており、樹脂との接着面は圧電素子１の変位方向に対して底面側の一面のみとした。なお、圧電素子１の表層電極は金電極とした。また、熱可塑性樹脂としてはスーパーエンジニアリングプラスチックであるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いた。樹脂冷却後、成形型７から離型することにより、機能素子１の電極面と連続した同一面となる樹脂成形体（つまり、機能素子１を保持する構造体４）表面に100μｍ幅の触媒配線パターン９を転写形成できた。
【００２６】
（ｃ）：この触媒配線パターン９に対して無電解銅めっきを施すことで電極配線パターン５を形成した後、接続特性向上のためニッケル、金めっきを施した。圧電素子１の電極と構造体４の表面との電極配線パターン５とはそれぞれ対応する位置関係で形成されており、銀系の導電性ペースト６：FA-353（藤倉化成）をスクリーン印刷により、結線した。圧電素子１と構造体４とは樹脂成形により形成しており、段差のない構造を形成できていることから、スクリーン印刷時の導電性ペースト６のにじみ、ダレ等の発生がなく、隣接パターン間のショートを抑制した一括配線接続が可能となった。なお、銀マイグレーション対策のため、導電性ペースト６の印刷部には防湿コートを施した。ただし、この防湿コートはなくてもかまわない。構造体４の電極配線パターン５に圧電素子１用の駆動電圧を加えると、圧電素子１が駆動することを確認した。
【００２７】
ここで、構造体４側の電極配線パターン５を銅めっきで形成していることから、非常に配線抵抗を低く抑えているとともに電子部品実装においてはんだ接続が可能となっている。また、銀系に代表される金属ナノ粒子を含有したペーストを使用した印刷により接続することで、導電性ペースト６の比抵抗を低減できることから接続抵抗を下げられる。
【００２８】
また、樹脂として耐熱性の高い熱可塑性樹脂を用いていることから、電極配線パターン５に対してはんだ耐熱性を有しているほか、金めっきを施しているため、ワイヤボンディング接続も可能となっている。また、熱可塑性樹脂であることから、成形サイクルを短くすることができ生産性が向上するとともに、樹脂のリサイクルも可能となる。
【００２９】
今回は機能素子として圧電素子を活用したため、構造体となる樹脂とは１面にて接着固定したが、機能素子の機能を阻害しない範囲で接着面を増やすことができる。つまり、構造体４の表層の多面に電極配線パターン５を形成することにより、電子部品実装および入力端子を多面に配置可能となり、実装部の小型化が可能となる。
【００３０】
図３の本形態の電気構造物の他の態様の代表的な構造と、その製造過程を（ａ）〜（ｄ）に亘って示す。
【００３１】
（ａ）：成形型７上にフォトリソプロセスによりレジストパターンを形成し、電解銅めっきを施すことにより、100μｍ幅の電極配線パターン５を約10μmの膜厚で形成し、レジストを剥離した。成形型７の材質としてはＳＵＳ３０４を使用した。
【００３２】
（ｂ）：この成形型７上の電極配線パターン５に対して、機能素子である圧電素子１はその位置を決めて固定し、熱可塑性樹脂による成形を行った。この熱可塑性樹脂としてはスーパーエンジニアリングプラスチックであるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いた。樹脂冷却後、成形型７から離型することにより、圧電素子１の電極面と連続した同一面となる樹脂成形体（つまり、構造体４）表面に100μｍ幅の電極配線パターン５を転写形成することができた。
【００３３】
（ｃ）：ここで、この電極配線パターン５は少なくとも一部が樹脂中に埋め込まれた状態で接着保持されている。これにより、電極配線パターン５の密着力が向上できるとともに構造体４の樹脂面に対して電極部の段差がなくなるあるいは大幅に小さくすることができるため、結線のための導電性ペースト６の印刷時のにじみ、ダレを更に抑制できる。また、この電極配線パターン５に対してニッケル／金めっき１０を施した。
【００３４】
（ｄ）：圧電素子１の電極２と構造体４の表面の電極配線パターン５とはそれぞれ対応する位置関係で形成されており、銀系の導電性ペースト６：FA-353（藤倉化成）をスクリーン印刷により結線した。構造体４の電極配線パターン５に圧電素子１用の駆動電圧を加えると、圧電素子１が駆動することを確認した。
【００３５】
成形型７を使用して構造体４の表層へ電極配線パターン５を転写することで形成できることから、立体構造体への配線形成を単純化できる。また、スクリーン印刷により接続しているため、多端子接続を一括して行うことができる。
【００３６】
図４の本形態の電気構造物の他の態様の代表的な構造と、その製造過程を（ａ）〜（ｃ）に亘って示す。
【００３７】
（ａ）：まず、成形型７上にフォトリソプロセスによりレジストパターンを形成し、電解銅めっきを施すことにより、100μｍ幅の電極配線パターン５を約10μmの膜厚で形成し、レジストを剥離した。
【００３８】
（ｂ）：この成形型７上の電極配線パターン５に対して、機能素子である圧電素子１はその位置決めて固定し、熱硬化性樹脂４１による成形を行った。この熱硬化性樹脂４１としてはエポキシ封止材：Ｇ７６０Ｌ（住友ベークライト製）を用いた。硬化後離型することにより、圧電素子１の電極面と連続した同一面となる樹脂成形体（つまり、構造体４）表面に100μｍ幅の電極配線パターン５を転写形成することができた。また、この電極配線パターン５に対してニッケル／金めっきを施した。
【００３９】
（ｃ）：圧電素子１の電極２と構造体４の表面との電極配線パターン５とはそれぞれ対応する位置関係で形成されており、エタノール系溶媒の銀ナノペースト６１（日本ペイント）をインクジェット法により供給し、加熱融着させることで結線し電極間を接続した。
【００４０】
銀ナノペースト６１は機能素子１および構造体４に対する密着力が弱かったため、マイグレーション防止用の防湿剤をコートすることにより、温度サイクル試験等に対しても剥離発生せず、耐久性のある結線接続が可能となった。ただし、この防湿コートは必須の条件ではない。構造体４の電極配線パターン５に圧電素子１用の駆動電圧を加えると、圧電素子１が駆動することを確認した。
【００４１】
ここで、熱硬化性樹脂を用いることで、樹脂成形における形状精度を高められるとともに構造体４上への電子部品実装時の耐熱性も高められる。また、電極配線パターン５との密着力も向上できる。
【００４２】
また、機能素子１と構造体４とは樹脂成形により形成しており、段差のない構造を形成できていることから、インクジェット印刷時の銀ナノペースト６１のにじみ、ダレ等の発生がなく、隣接パターン間のショートを抑制した接続が可能になる。このことは生産性の向上に寄与する。また、インクジェット法による接続のため、マスクレスで生産することができる。また、銀ナノペースト６１を活用することで導電性ペースト部としての配線抵抗を低減することができる。
【００４３】
また、図４に係る他の形態の電気構造物の他の態様の代表的な構造と、その製造過程を（ａ）〜（ｃ）に亘って説明する。
【００４４】
（ａ）：まず、成形型７上にフォトリソプロセスによりレジストパターンを形成し、電解銅めっきを施すことにより、100μｍ幅の電極配線パターン５を約10μmの膜厚で形成し、レジストを剥離した。
【００４５】
（ｂ）：コアとなる無機材料４２、ここでは、磁性を有するＳＵＳ４３０を用いて、このＳＵＳ４３０の表面に機能素子である圧電素子１を接着、仮固定し、成形型７上の電極配線パターン５に対して、その位置を決めた後、熱硬化性樹脂４１による成形を行った。この熱硬化性樹脂４１により、ＳＵＳ４３０と機能素子１とを完全固定した。この熱硬化性樹脂としてはエポキシ封止材：Ｇ７６０Ｌ（住友ベークライト製）を用いた。硬化後離型することにより、機能素子１の電極２と連続した同一面となる樹脂成形体（つまり、構造体４）表面に１００μｍ幅の電極配線パターン５を転写形成することができた。また、この電極配線パターン５に対してニッケル／金めっきを施した。ここで、無機材料４２と機能素子１とは必ずしも樹脂成形前に仮接着固定しておく必要はない。
【００４６】
（ｃ）：圧電素子１の電極２と構造体４の表面との電極配線パターン５とはそれぞれ対応する位置関係で形成されており、銀系の導電性ペースト６：FA-353（藤倉化成）をスクリーン印刷により、結線した。
【００４７】
構造体４の電極配線パターン５に圧電素子１用の駆動電圧を加えると、圧電素子１が駆動することを確認した。なお、構造体１のコアとして無機材料４２を用いることにより、温度、湿度に対する膨張収縮を抑えることができ、電極配線パターン５の寸法変化を抑制できる。
【００４８】
また、コアとなる無機材料４２を金属とすることで構造体４上の電子部品からの発熱を効率良く放熱することができ、温度上昇を抑制できる。
【００４９】
また、磁性金属とすることで、その後の電子部品実装等の後工程において、構造体４の保持方法として電磁石等による固定を活用することができ、生産性を向上することができる。
【００５０】
上述した一連の電気構造物において、構造体４の表面に形成された電極配線パターン５を多面に形成するようにすることが可能である。これにより、構造体４上への電子部品実装面を多面に形成できるほか、入力端子も多面に形成できることから機能素子１を実装した電気構造物の小型化が可能となる
【００５１】
図５に本形態の電気構造物を搭載したインクジェットヘッドの構造を図示する。圧電素子１を用いた電気構造物にノズル１１など接着し、インクジェットヘッドとして製造する。インクジェットヘッドはヘッド小型化のため実装構造としては、ベアチップの駆動ＩＣ（３１）が実装されたＦＰＣを圧電素子１に熱圧着接続する構造が一般的にとられている。しかし、このＦＰＣはコストが高いという問題があった。また、ＦＰＣは吸湿あるいは熱圧着時の膨張収縮により、圧電素子１との電極位置ズレが問題となっており、ヘッドサイズを長尺化することが困難であった。
【００５２】
図５に係る形態を実施することにより、構造体４の表層に電極配線パターン５を有し、駆動ＩＣ（３１）のような電子部品も実装できることから小型化も可能であるとともに、構造体４はほぼ剛体を成していることから吸湿による膨張収縮あるいはＦＰＣで問題となる"うねり"等を招くことがなく、接続時の電極２の位置ズレを招くこともなくなるため、インクジェットヘッドの長尺化を容易にできる。また、何百、何千本もの電極端子を一本ずつ接続するのではなく、導電性ペースト６の一括印刷接続も可能となるため、インクジェットヘッドの多端子化し、その生産性を大幅に向上できる。従って、実装部を小型化し、インクジェットヘッドの多端子化、長尺化を可能としたインクジェット塗出装置を提供できる。
【００５３】
なお、上述した形態は本発明の実施するための最良のものであるが、これに限定する趣旨ではない。従って、本発明の要旨を変更する範囲において種々変形することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本形態の電気構造物の代表的な構造（ａ）、（ｂ）を図示したものである。（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図２】本形態の電気構造物の他の態様の代表的な構造と、その製造過程を（ａ）〜（ｃ）である。
【図３】本形態の電気構造物の他の態様の代表的な構造と、その製造過程を（ａ）〜（ｄ）である。
【図４】本形態の電気構造物の他の態様の代表的な構造と、その製造過程を（ａ）〜（ｃ）である。
【図５】本形態の電気構造物を搭載したインクジェットヘッドの構造を図示したものである。
【符号の説明】
【００５５】
１    機能素子（圧電素子）
２    電極
３    電子部品
４    構造体
５    電極配線パターン
６    導電性ペースト
７    成形型
【図１】
2006245515.tif 000003
【図２】
2006245515.tif 000004
【図３】
2006245515.tif 000005
【図４】
2006245515.tif 000006
【図５】
2006245515.tif 000007